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Human Exposure to Electromagnetic Fields on Marine ... · objetos ferromagnéticos en campos...

Date post: 02-Nov-2018
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Human Exposure to Electromagnetic Fields on Marine Platforms: Safety Regulations, Simulation and Measurement. L.F. Sánchez, F.J. Calviño Abstract—A warship represents a very complicated platform with very different electronic systems operating on a variety of frequencies and working also with different output powers, some of which might reached the order of MW. The electromagnetic radiation coming from each of these systems (named as RADHAZ) may harm the personnel on board, so it turns out necessary to carry out measures in order to verify whether the intensity of the electromagnetic fields present on the ship fulfills the in force regulations (according to the maximum permitted exposure levels) or not. In this paper we will obtain the value of those electromagnetic fields for a HF communication system (the most common system in any kind of ship and also radiating high powers) by two different methods: results coming directly from measures conducted on the decks of a warship and results coming from the HEMCUVE simulation program. 1 KeywordsBroadband antennas, HF antennas, naval communications, electromagnetic fields. I. INTRODUCCIÓN OY en día los buques de guerra incorporan tal cantidad de sistemas electrónicos que se pueden considerar como las plataformas con mayor complejidad en fuentes electromagnéticas que nos podemos encontrar en cualquier ámbito, tanto civil como militar. El buque más simple dispone por lo menos de: sistemas de comunicaciones, navegación y armamento, todos ellos fuentes emisoras de radiación electromagnética (“ElectroMagnetic Radiation”, EMR) y confinados en un espacio mínimo. Estas fuentes generan un tipo de riesgo denominado RADiation HAzards, o RADHAZ. Los riesgos generados por RADHAZ se pueden clasificar en tres vertientes [1]: para el combustible (“Hazards of Electromagnetic Radiation to Fuel”, HERF), para la munición (“Hazards of Electromagnetic Radiation to Ordnance”, HERO) y para el personal (“Hazards of Electromagnetic Radiation to Personal”, HERP). Los efectos que producen estos campos se clasifican como biofísicos directos e indirectos. Los efectos biofísicos directos son los producidos directamente en el cuerpo humano por su presencia en un campo electromagnético; entre ellos [2]: efectos térmicos L.F. Sánchez, Electromagnetic Measurement Center of Spanish Navy (CEMEDEM), [email protected] F.J. Calviño, Electromagnetic Measurement Center of Spanish Navy (CEMEDEM), [email protected] Corresponding author: L.F. Sánchez (calentamiento de los tejidos por la absorción de los mismos de energía procedente de los campos electromagnéticos), efectos no térmicos (se manifiestan como la estimulación de los músculos, nervios o de los órganos sensoriales) y corrientes en las extremidades. Los efectos indirectos se definen como aquellos causados por la presencia de un objeto en un campo electromagnético que pueda entrañar un riesgo para la salud o la seguridad [2]: interferencias con equipos y dispositivos médicos electrónicos, riesgo de proyección de objetos ferromagnéticos en campos magnéticos, activación de dispositivos electro-explosivos (HERO), incendios y explosiones de materiales inflamables (HERF), corrientes de contacto, inducidas y arcos voltaicos. Un barco representa un entorno en que el personal que se encuentra abordo está sometido a los riesgos que genera su exposición a los campos electromagnéticos, sobre todo cuando se encuentran en exteriores durante las transmisiones de alta potencia de los diferentes sistemas (comunicaciones, radar...). Por el contrario, dentro de la superestructura los niveles de exposición se reducen drásticamente, ya que la propia superestructura realiza funciones de apantallamiento. Hay diversos organismos e instituciones que proporcionan recomendaciones para la protección del personal frente a los efectos asociados de la exposición a campos eléctricos (E), magnéticos (H), electromagnéticos (E y H), así como a corrientes de contacto e inducidas, todo en el rango de 0 Hz a 300 GHz. Todos estos estándares o recomendaciones proporcionan unos límites de referencia dosimétricos (“Dosimetric Reference Limits”, DRLs) y niveles de referencia de exposición (“Exposure Reference Levels”, ERLs), los cuales incluyen un factor de seguridad para poder establecer un margen de protección [3]. Los DRLs se expresan en tasa de absorción específica (“Specific Absorption Rate”, SAR). Los ERLs se definen como niveles de exposición permisibles (“Permissible Exposure Limits”, PELs) [4] o valores límite de exposición (“Exposure Limit Values”, ELVs) [5], que a diferencia de los DRLs se expresan en magnitudes medibles: campo eléctrico (E), magnético (H), inducción magnética (B) y/o densidad de potencia (S), las cuales son magnitudes fáciles de medir mediante el instrumental comercial adecuado. Las comunicaciones en la banda de HF (“High Frequency”, 2 a 30 MHz) son uno de los principales medios de comunicación de larga distancia de los buques. Con la llegada de las comunicaciones vía satélite (SATCOM) se encontró una alternativa de comunicaciones al HF. Hubo una rápida adaptación al satélite, al proporcionar conectividad global, logrando que se convirtiesen en las comunicaciones H 46 IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 16, NO. 1, JAN. 2018
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Human Exposure to Electromagnetic Fields on Marine Platforms: Safety Regulations, Simulation

and Measurement. L.F. Sánchez, F.J. Calviño

Abstract—A warship represents a very complicated platform with very different electronic systems operating on a variety of frequencies and working also with different output powers, some of which might reached the order of MW. The electromagnetic radiation coming from each of these systems (named as RADHAZ) may harm the personnel on board, so it turns out necessary to carry out measures in order to verify whether the intensity of the electromagnetic fields present on the ship fulfills the in force regulations (according to the maximum permitted exposure levels) or not. In this paper we will obtain the value of those electromagnetic fields for a HF communication system (the most common system in any kind of ship and also radiating high powers) by two different methods: results coming directly from measures conducted on the decks of a warship and results coming from the HEMCUVE simulation program. 1

Keywords— Broadband antennas, HF antennas, naval communications, electromagnetic fields.

I. INTRODUCCIÓN OY en día los buques de guerra incorporan tal cantidad de sistemas electrónicos que se pueden considerar como las plataformas con mayor complejidad en fuentes

electromagnéticas que nos podemos encontrar en cualquier ámbito, tanto civil como militar. El buque más simple dispone por lo menos de: sistemas de comunicaciones, navegación y armamento, todos ellos fuentes emisoras de radiación electromagnética (“ElectroMagnetic Radiation”, EMR) y confinados en un espacio mínimo. Estas fuentes generan un tipo de riesgo denominado RADiation HAzards, o RADHAZ.

Los riesgos generados por RADHAZ se pueden clasificar en tres vertientes [1]: para el combustible (“Hazards of Electromagnetic Radiation to Fuel”, HERF), para la munición (“Hazards of Electromagnetic Radiation to Ordnance”, HERO) y para el personal (“Hazards of Electromagnetic Radiation to Personal”, HERP). Los efectos que producen estos campos se clasifican como biofísicos directos e indirectos.

Los efectos biofísicos directos son los producidos directamente en el cuerpo humano por su presencia en un campo electromagnético; entre ellos [2]: efectos térmicos

L.F. Sánchez, Electromagnetic Measurement Center of Spanish Navy (CEMEDEM), [email protected] F.J. Calviño, Electromagnetic Measurement Center of Spanish Navy (CEMEDEM), [email protected] Corresponding author: L.F. Sánchez

(calentamiento de los tejidos por la absorción de los mismos de energía procedente de los campos electromagnéticos), efectos no térmicos (se manifiestan como la estimulación de los músculos, nervios o de los órganos sensoriales) y corrientes en las extremidades. Los efectos indirectos se definen como aquellos causados por la presencia de un objeto en un campo electromagnético que pueda entrañar un riesgo para la salud o la seguridad [2]: interferencias con equipos y dispositivos médicos electrónicos, riesgo de proyección de objetos ferromagnéticos en campos magnéticos, activación de dispositivos electro-explosivos (HERO), incendios y explosiones de materiales inflamables (HERF), corrientes de contacto, inducidas y arcos voltaicos.

Un barco representa un entorno en que el personal que se encuentra abordo está sometido a los riesgos que genera su exposición a los campos electromagnéticos, sobre todo cuando se encuentran en exteriores durante las transmisiones de alta potencia de los diferentes sistemas (comunicaciones, radar...). Por el contrario, dentro de la superestructura los niveles de exposición se reducen drásticamente, ya que la propia superestructura realiza funciones de apantallamiento.

Hay diversos organismos e instituciones que proporcionan recomendaciones para la protección del personal frente a los efectos asociados de la exposición a campos eléctricos (E), magnéticos (H), electromagnéticos (E y H), así como a corrientes de contacto e inducidas, todo en el rango de 0 Hz a 300 GHz. Todos estos estándares o recomendaciones proporcionan unos límites de referencia dosimétricos (“Dosimetric Reference Limits”, DRLs) y niveles de referencia de exposición (“Exposure Reference Levels”, ERLs), los cuales incluyen un factor de seguridad para poder establecer un margen de protección [3]. Los DRLs se expresan en tasa de absorción específica (“Specific Absorption Rate”, SAR). Los ERLs se definen como niveles de exposición permisibles (“Permissible Exposure Limits”, PELs) [4] o valores límite de exposición (“Exposure Limit Values”, ELVs) [5], que a diferencia de los DRLs se expresan en magnitudes medibles: campo eléctrico (E), magnético (H), inducción magnética (B) y/o densidad de potencia (S), las cuales son magnitudes fáciles de medir mediante el instrumental comercial adecuado.

Las comunicaciones en la banda de HF (“High Frequency”, 2 a 30 MHz) son uno de los principales medios de comunicación de larga distancia de los buques. Con la llegada de las comunicaciones vía satélite (SATCOM) se encontró una alternativa de comunicaciones al HF. Hubo una rápida adaptación al satélite, al proporcionar conectividad global, logrando que se convirtiesen en las comunicaciones

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primarias y relegando a un nivel secundario las comunicaciones vía HF. Con la evolución de los sistemas de guerra electrónica se dejo patente la vulnerabilidad de los terminales SATCOM, además de su alto coste y de sus limitaciones en ciertas zonas geográficas, lo que produjo un resurgimiento de las comunicaciones en HF, auspiciado por su robustez, independencia de sistemas intermedios (satélites), así como su importancia estratégica en el ámbito naval. La alta potencia de transmisión típica de estos equipos (1000 vatios) para poder alcanzar cobertura de larga distancia, hace necesario que se conozcan los posibles riesgos generados abordo y que la dotación pueda tomar las medidas oportunas para su mitigación.

Con este trabajo se pretende determinar las zonas de seguridad, es decir en las que no se superen ciertos niveles de exposición fijados por los diferentes estándares a campos electromagnéticos provenientes de un sistema de comunicaciones de HF en un buque de guerra y proporcionar un procedimiento de medida aplicable, comparando luego con simulaciones realizadas mediante el código M3 [6].

El presente artículo se divide en las siguientes secciones: la sección 2 presenta un análisis de la normativa que fija los niveles de exposición para HERP desde el ámbito civil y militar; la sección 3 desarrolla un procedimiento de medida para los niveles de campo electromagnético en una buque para un sistema de comunicaciones de HF; la sección 4 es una aplicación en una plataforma real; la sección 5 corresponde a la simulación de los niveles de campo electromagnético en la misma plataforma; en la sección 6 se exponen los resultados y la sección 7 contiene las conclusiones del trabajo realizado.

II. ANÁLISIS NORMATIVO En el ámbito de los peligros por radiación hay diversas

instituciones de carácter científico (ICNIRP y ANSI/IEEE) y diversos órganos reguladores (CENELEC en Europa, FCC en Estados Unidos, ACA en Australia) que fijan distintos niveles de exposición a los campos electromagnéticos. Todos ellos diferencian entre público en general y ocupacional, englobando a los trabajadores en este último grupo.

En Europa la institución que fija los niveles de exposición es el ICNIRP para el público en general mediante la Recomendación 1999/519/EC [10] y para trabajadores con la Directiva 2013/35/UE del Parlamento Europeo y del Consejo de 26 de junio de 2013 [2]. En el ámbito militar los niveles admitidos se encuentran recogidos en el “Standardization Agreement” (STANAG) 2345 de la NATO “Standarization Agency” (NSA) [1], que adopta los niveles de exposición en entornos controlados y no controlados de la IEEE Std C95.1-2345TM -2014 [3], donde identifica distintas zonas de permanencia, acorde a los límites de campo, así como distintos tiempos de medida: Zona 0 (se permite el acceso a todo el personal), Zona 1 (solo se permite el acceso por a personal formado y conocedor del potencial riesgo), Zona 2 (acceso a personal experto) y Zona 3 (restringido el acceso, niveles fuera de límites). Hay una correspondencia entre los criterios del ICNIRP y la IEEE: público en general con Zona 0

y trabajadores con Zona 1. Con el fin de poder comparar los niveles de las dos normativas, para el rango de frecuencias de HF, se realiza la Tabla I con los ELVs para cada caso.

TABLA I.

VALORES HERP DE E Y H PARA LA BANDA DE HF SEGÚN EL ICNIRP Y EL IEEE.

Freq. (f)

(MHz)

ICNIRP IEEE Público

en general

Trabajadores Zona 0 Zona 1

E H E H E H E H 1-10 87/f0.5 0.73/f 610/f 2/f 823.8/f 16.3/f 1842/f 16.3/f

10-30 28 0.073 61 0.2 823.8/f 16.3/f 1842/f 16.3/f NOTA: todos los valores para E (V/m) y H (A/m) con cuadráticos medios.

Es necesario poder determinar las zonas a bordo de la

plataforma donde se superan los niveles de campos electromagnéticos arriba mencionados, con el fin de poder delimitar el acceso y señalizarlas. Con este propósito se introduce un procedimiento de medida para los niveles de campo electromagnético de un sistema de comunicaciones de HF a bordo de un buque de guerra. Dicho método se aplica en una plataforma de la Armada Española y los resultados se comparan con las simulaciones obtenidas mediante el código de simulación electromagnético M3.

III. PROCEDIMIENTO DE MEDIDA NIVELES CAMPO ELECTROMAGNÉTICO

Antes de poder describir el procedimiento de medida, es

necesario realizar una breve descripción de las antenas de HF navales y las medidas previas que se requieren.

A.ANTENAS DE HF NAVALES En una plataforma naval interesan antenas de HF que sean

omnidireccionales, de forma que la transmisión y recepción sea independiente del rumbo del barco. El espacio para su emplazamiento es limitado, por ello predominan las antenas de menor superficie: látigos (“single pole whip”), doble látigo (“twin pole whip”), de hilo (“long-wires”) y abanicos (“fans”). Estas antenas se pueden clasificar en de banda estrecha (“narrow band”, NB) o de banda ancha (“broad band”,BB). Las antenas de banda estrecha, típicamente látigos, necesitan una unidad de sintonía automática (“Automatic Tunning Unit”, ATU) que les proporciona una relación de onda estacionaria (“Voltage Standing-Wave Radio”, VSWR) óptima (VSWR<3 [7]) para poder operar en toda la banda de HF, estando cada antena conectada a un solo transceptor. Sin embargo, las antenas de banda ancha llevan una red de adaptación para conseguir eliminar la necesidad de sintonía, permitiendo estar asociadas a varios transmisores simultáneamente. Para poder trabajar en toda la banda de HF se subdividen en tres sub-bandas (tres antenas distintas) de frecuencias diferentes (baja, media y alta) y mediante un triplexor que multiplexa en frecuencia la señal de entrada, proporciona una señal de salida en cada una de dichas sub-bandas. Antes de poder medir la

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EMR abordo es necesario comprobar el correcto funcionamiento del conjunto, es decir si transmite con la potencia que debería: NB (línea de transmisión, acoplador y antena) o BB (línea de transmisión, triplexor, red de adaptación y antenas). El caso más complejo y que es capaz de generar mayor potencia radiada, y por lo tanto mayores riesgos, es el de un sistema de BB, al ser posible la transmisión simultanea de varios equipos a la vez por la misma antena. Este será el caso en el que nos centraremos.

B. MEDIDAS PREVIAS Las antenas transmisoras de banda ancha de HF se diseñan

para cubrir los márgenes de frecuencia de 2 a 6 MHz, 4 a 12 MHz y 10 a 30 MHz. Antes de llevar a cabo las medidas de RADHAZ HERP, para un sistema de estas características, es necesario verificar su funcionamiento, es decir las frecuencias de corte y/o transmisión para cada una de las antenas, así como la VSWR para cada frecuencia de trabajo. Lo que implica la medida de la VSWR y la caracterización del triplexor. Para ello es necesario hacer las medidas con el buque navegando, ya que el entorno (edificios, grúas y otros elementos de grandes dimensiones) afectan el comportamiento de la VSWR en frecuencias bajas.

Si se desea analizar un sistema de banda estrecha las medidas previas se reducen drásticamente al no tener que caracterizar el triplexor. Para este caso hay que sintonizar el equipo a las frecuencias de interés y medir la VSWR, comprobando que a las frecuencias de medida se cumple siempre VSWR<3, tal y como se expuso previamente.

C. MEDIDA DE LOS NIVELES DE CAMPO ELECTROMAGNÉTICO DE LAS ANTENAS.

Antes de proceder a efectuar las medidas a bordo de la

plataforma se deben controlar las emisiones radioeléctricas, de forma que únicamente se encuentre en el aire la radiación que interesa caracterizar.

En primer lugar se identificarán las condiciones de campo cercano y lejano [8]: en HF toda la superficie del buque se encontrará en condiciones de campo cercano. Este hecho implica que se deberán medir las componentes E y H. Los equipos que se emplean para la medida (medidores de campo y sondas banda ancha) están recogidos en la Tabla II, todos ellos del fabricante “Narda Safety Test Solutions and L3 Communications Company”.

Se seleccionarán las frecuencias de medida óptimas (VSWR<3) en cada sub-banda y que además sean de uso exclusivo para los militares. En el caso de España las frecuencias vienen recogidas en la Orden IET/787/2013, de 25 de abril [9]. Se configurará el sistema para transmitir de forma continua, a máxima potencia, con la modulación más común en comunicaciones (“Upper Side Band”, USB).

Ya que las medidas se realizan en campo cercano, y todo el buque actúa como antena, sobre todo a frecuencias bajas, es necesario realizar las medidas a lo largo de toda la plataforma. Se divide la planta completa del buque en cuadrículas de

aproximadamente 3x3 m. con el fin de poder disponer de un numero manejable de cuadriculas a medir y sus dimensiones sean relativamente menores a la mayor longitud de onda.

TABLA II.

EQUIPOS DE MEDIDA CAMPOS E Y H.

Dichas cuadrículas serán identificadas por letras

correlativas, de forma que la primera será la A (zona situada lo máximo posible a proa babor), y se irán incrementando correlativamente de babor a estribor y proa a popa. En la Fig. 1 puede verse un ejemplo de aplicación. Una vez que se dispone de la planta de la plataforma dividida en cuadriculas identificadas, mediante una marca de “X” en negro se señala la alimentación a la antena.

Figura 1. Planta de la plataforma debidamente cuadriculada.

Asimismo se deberán identificar por cubierta, de forma que cada cuadrícula queda referenciada por un conjunto de letras más un identificador de cubierta. Una vez etiquetada la retícula completa se medirá en cada una de ellas los valores máximos de E y H mediante el método de medida del péndulo [10], comparando en todo momento con los límites establecidos en la Tabla I.

En caso de que se superen los niveles máximos se medirán todas las cuadrículas adyacentes hasta localizar las cuadrículas cercanas donde no se superen. Una vez realizadas las medidas se procederá a la presentación de los resultados de forma visual mediante un código de colores.

IV. MEDIDAS EN UNA PLATAFORMA REAL.

A. BUQUE TIPO LHD. Las siglas LHD significan “Landing Helicopter Dock”. Traducirlo a castellano no tiene mucho sentido, “dársena de aterrizaje para helicópteros”. Más bien se puede definir como un tipo de plataforma con carácter multipropósito, es decir, puede cubrir distinto tipo de misiones y se caracteriza principalmente por su capacidad de buque de asalto anfibio. Distintas marinas de guerra disponen de este tipo de buques: Estados Unidos (clase WASP [11]), Australia (clase CANBERRA), Francia (clase MISTRAL [12]), Japón, China [13], Argelia [14] y España con la clase “JUAN CARLOS I” (Fig. 2 [12]). La última de estas plataformas es la que se empleara para realizar las simulaciones y medidas.

CARACTERISTICAS SONDAS

CAMPO ELÉCTRICO

(E)

CAMPO MAGNÉTICO

(H) MEDIDOR SONDA MEDIDOR SONDA

EMR-300 8.2 NBM-550 HF-3061

FRECUENCIA 100 kHz - 3 GHz 300 kHz – 30 MHz RANGO 0,6-800 V/m 0,012- 16 A/m

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Figura 2. Buque clase LHD “JUAN CARLOS I”.

El sistema de comunicaciones transmisor de HF que lleva instalado el buque seleccionado está compuesto por: siete antenas transceptoras NB (siete látigos de 12 metros, uno de ellos abatible, con sus correspondientes acopladores) y un sistema de BB compuesto por tres antenas (dos dobles abanicos –banda baja y media- y un doble látigo –banda alta-) interconectadas mediante un triplexor y asociadas a varios transceptores mediante combinadores intermedios.

Figura 3. Sistema de comunicaciones de HF de un buque LHD.

Las cubiertas en las que se medirá son aquellas exteriores

con posibilidad de transito de personal: cubierta 06, 05 y 01(Fig. 4). Una vez identificadas y cuadriculada toda la planta del buque se representa cada cubierta debidamente cuadriculada, acorde a lo descrito en la Sección III.C.

Figura 4. Identificación de antenas de banda ancha y cubiertas.

B. MEDIDAS PREVIAS. Para poder llevar a cabo las medidas de la VSWR se

embarca en la plataforma con un analizador de redes Anritsu (“Site Master TM Cable & Antenna Analyzer + Spectrum Analyzer S332E”) y, con la plataforma navegando, se mide. En primer lugar se caracteriza el triplexor. Este dispositivo se caracteriza por tener una entrada y tres salidas, cada una de las salidas se conecta a una antena de las tres antenas que conforman la banda ancha. Se desconecta la antena de banda

baja y se mide el S12 (Fig. 5), dejando conectadas las otras dos antenas. Se repite para las antenas de banda media. Todo ello acorde a lo descrito en la Sección III.B. Por último, con las tres antenas conectadas a las salidas del triplexor, se mide la VSWR (Fig. 6) a la entrada de este último.

Figura 5. Medida de S12 de banda baja.

Figura 6. VSWR a la entrada del triplexor.

Con estas medias se obtienen las frecuencias exactas de

trabajo de cada una de las antenas de la banda ancha: banda baja de 2 a 5.5 MHz (Fig. 1), banda media de 5.5 a 15 MHz y banda alta de 15 a 30 MHz. Hay zonas de solape entre cada una de ellas, tal y como era de esperar.

V. SIMULACIONES ELECTROMAGNÉTICAS. La herramienta de simulación EM empleada ha sido el

codigo M3 (“MoM-MLFMA-MPI/OpenMP”), anteriormente denominada HEMCUVE (“Hybrid Electro Magnetic Code Universities of Vigo and Extremadura”) [6], que es un paquete de software de propósito general para el diseño electromagnético y el análisis de problemas complejos en 3-D. Su núcleo se basa en la formulación de las ecuaciones integrales de superficie conocidas como SIEs, resueltas mediante el Método de los Momentos (MoM) [15]. Esta herramienta se empleo para obtener los niveles de los campos E y H con el fin de identificar las zonas de transito y/o permanencia de las personas en las que se puedan aparecer riesgos de radiación al superarse los niveles permitidos.

5 10 15 20 25 30-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Frecuencia (MHz)

dBm

CAIDA A 3dB, 5.5 MHz

5 10 15 20 25 301

1.5

2

2.5

3

3.5

Frecuencia (MHz)

VSW

R

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Figura 7 Nivel de E en un plano de corte acorde debidos a la antena de banda media a 12 MHz.

Las variaciones existentes entre el modelo empleado para

las simulaciones obtenidas mediante el diseño asistido por ordenador (“Computer-Aided Design”, CAD) y la plataforma real (que está en continuo cambio) son las responsables de las diferencias en los valores obtenidos mediante las simulaciones y las medidas reales abordo. La Fig.3 muestra el modelo discretizado empleado para las simulaciones EMR. En la Fig. 7 se muestra un ejemplo de simulación de una de las zonas de tránsito (cubierta 05), utilizando como antena transmisora la de banda media a 12 MHz.

VI. RESULTADOS El procedimiento de medida RADHAZ HERP detallado en

las secciones previas del presente artículo se ha aplicado a un sistema de banda ancha de HF abordo de un buque del tipo LHD. Previo a las medidas se efectuaron simulaciones del sistema mediante M3 con el fin de comparar resultados y dar conclusiones. Las medidas de los campos E y H se realizan a nueve frecuencias de operación: banda baja (2, 3 y 4 MHz), banda media (6, 8, 10 y 12 MHz) y banda alta (17 y 22 MHz), pero solo se escoge una frecuencia para comparar las medidas con las simulaciones, con el fin de plasmar la aplicación del procedimiento. Los límites que se aplican como frontera de seguridad son los del ICNIRP público en general (los más restrictivos desde el punto de vista de prevención de riesgos), recogidos en la Tabla I.

Los valores obtenidos para E y H durante las medidas de RADHAZ en la cubierta 01 están en todo momento por debajo de los umbrales de detección del instrumental empleado (Tabla II). La cubierta 06 resulta no transitable y tampoco permite la permanencia habitual de personal por lo que nos centraremos en los resultados de la cubierta 05, donde mayor circulación y presencia de personal hay.

Las medidas de RADHAZ se ilustran en las siguientes figuras. Si alguno de los dos campos E y/o H supera la referencia la cuadricula se representa en rojo con el fin de indicar peligro. Para cada frecuencia medida se genera una serie de figuras: el resultado de las medidas para la cubierta 05

y la cuadricula empleada (Fig. 8), los resultados de las simulaciones para E (Fig. 9), los resultados de las simulaciones para H (Fig. 10) y los resultados de las simulaciones delimitando las zonas en las que se superan los niveles de referencia (Fig. 11) con el fin de poder identificar de forma directa las zonas de peligro entre medidas y simulación.

Los resultados demuestran que no hay apenas desviación entre los valores obtenidos en las simulaciones y datos procedentes de las medidas realizadas (Tabla III) aplicando el procedimiento expuesto. Es necesario destacar que los niveles más altos de campo, comparando con la normativa, se corresponden a niveles del campo H.

VII. DISCUSIÓN De los resultados obtenidos, se obtienen diversas ventajas.

En primer lugar, la validación del software de simulación empleado (HEMCUVI) para el modelado de niveles de campo electromagnéticos en campo cercano, tanto para E como para H. A partir de esta validación, el software HEMCUVI podrá ser utilizado (sin necesidad de repetir costosas campañas de medida, no siempre se dispone del buque para la medida) para tener en cuenta como futuras modificaciones de la superestructura (incluyendo cambios en la configuración de antenas) a lo largo de la vida de la plataforma afectaran a los nivel de campo y por lo tanto a las zonas de peligrosidad para las personas a bordo. Si se tienen que aplicar otros niveles máximos para los campos E y H, actualización de normativa, permite la utilización de las simulaciones directamente, sin ser necesario llevar a cabo la media de E y H.

Los resultados obtenidos presentan dos limitaciones debidas a: software de simulación (dependencia del modelo 3-D) y la medida en sí, al depender los valores de las medidas previas (potencia radiada).

VIII. CONCLUSIONES Se han llevado a cabo las medidas de los riesgos de las

radiaciones electromagnéticas no ionizantes para el personal (HERP RADHAZ) de un sistema de comunicaciones de HF a bordo de un buque tipo LHD. Se proporciona un procedimiento de medida con el fin de poder comparar los valores obtenidos en las medidas con las simulaciones del código M3.

El procedimiento empleado proporciona valores para E y H por cuadricula obtenidos mediante las medidas, por lo que una vez efectuadas éstas se puede identificar las diferentes zonas de riesgo independientemente a la normativa que se aplique. A raíz de las medidas realizadas, se observa como el campo H es el que supera los niveles de referencia con más frecuencia. Así, las cuadriculas que identifican zonas de peligro serán acorde a los niveles máximos permisibles fijados por la normativa que se quiera aplicar, pudiendo tener un mapa por cubiertas del barco en el que estén claramente identificadas las zonas de riesgo.

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Pese a las leves discrepancias entre el modelo empleado para las simulaciones y el modelo real sobre el que se han efectuado las medidas, hay una clara correspondencia entre las zonas de riesgo proporcionadas por la simulación y las identificadas en el proceso de medida.

Los resultados muestran como mediante las simulaciones se puede obtener información de donde se pueden localizar las zonas más delicadas y proceder a su verificación mediante las medidas acorde al procedimiento expuesto, pudiendo simplificar el proceso de medida, al ser sumamente costoso en términos de tiempo y coste, así como permite saber de antemano como afectaría cualquier cambio en la superestructura al comportamiento de los campos electromagnéticos en la plataforma.

TABLA III.

NIVELES MEDIDOS DE CAMPOS E Y H PARA LA ANTENA DE BANDA ANCHA A 12 MHz.

Figura 8. Cuadricula y medidas de E y H en la que se superan los niveles de referencia a 12 MHz.

Figura 9. Simulaciones de E a 12 MHz con M3.

Figura 10. Simulaciones de H a 12 MHz con M3.

Figura 11. Resultados de las simulaciones (E y H) delimitando las zonas en las que se superan los niveles de referencia, acorde a las cuadriculas definidas.

AGRADECIMIENTOS Este trabajo nunca habría podido realizarse sin las

simulaciones realizadas mediante M3 (anteriormente HEMCUVE) llevadas a cabo por el Catedrático Fernando Obelleiro, el profesor José Luis Rodríguez z (Member, IEEE), ambos de la Universidad de Vigo y al profesor José Manuel Taboada de la Universidad de Extremadura. Así como los medios, recursos del CEMEDEM.

REFERENCIAS [1] NATO Standarization Agency, "Stanag No. 2345. Evaluation and Control of Personnel Exposure to Radio Frequency Fields 3 kHz to 300 GHz (Edition 3).," NATO STANDARDIZATION AGENCY (NSA), 2003. [2] Diario Oficial de la Unión Europea, DIRECTIVA 2013/35/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 26 de junio de 2013 sobre las disposiciones minimas de salud y seguridad relativas a la exposición de los trabajadores a los riesgos derivados de agentes fisicos (campos electromagnéticos)., 2013. [3] The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., "IEEE Standard for Military Workplaces- Force Health Protection Regarding Personnel Exposure to Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields, 0 Hz to 300 GHz.," IEEE-SA Standards Board, New York, 2014. [4] L. J. Preston E., Shipboard Electromagnetics, Norwood: Artech House, 1987. [5] Official Journal of the European Union, DIRECTIVE 2013/35/UE OF THE EUROPEAN PARLIAMNET AND OF THE COUNCIL, Brussels: Official Journal of the European Union, 26 June 2013. [6] F. Obelleiro, J. Taboada, J. Rodriguez and J. Bertolo, "HEMCUVI: A software package for the electromagnetic analysis and design of radiating systems on board real platforms," Antennas and Propagation Magazine, IEEE, vol. 44, no. 5, pp. 44-61, 2002. [7] C. A. BALANIS, ANTENNA THEORY: ANALYSIS AND DESIGN, NEW YORK: JOHN WILEY & SONS, INC., 1997. [8] P. Bienkowski and H. Trzaska, Electromagnetic Measurements in the Near Field, Raleigh: SciTech Publishing, 2012. [9] E. y. T. Boletin Oficial del Estado. Ministerio de Industria, Orden IET/787/2013, de 25 de abril, por la que se aprueba el cuadro nacional de atribución de frecuencias., 9 de mayo de 2013. [10]H. Voight and H.-P. Neitzke, "Methoden und Ergebnisse der Messung von Hochfrequenz-Inmissionen in Wohnungen," EMF-Monitor, vol. 10, no. 3, 2004. [11]G. Jean, "In demand: surveying the amphibious assault club," IHS JANE's, no. 26-Mar-2013, 2013. [12]IHS JANE's, "Amphibious assault ships: Striking distance," IHS JANE's, no. 15-Jun-2010, 2010. [13]T. Parson, "Chinese shipbuilder unveils possible Type 081 LHD design," IHS JANE's, no. 23-Mar-2012, 2012. [14]L. Peruzzi, "Algerian amphibious ship enters the water," IHS JANE's, no. 27-Jan-2014, 2014. [15]F. Roger, HARRINGTON: Field Computation by Moment Methods., New York: IEEE Press, 1993.

Luis Francisco Sánchez Álvarez received the M.S. degree in Telecommunications from “Universidad de Cantabria” (UC), Santander, Spain in 2001, the Master degree in Electromagnetism from “Universidad de Vigo” (UVIGO) in 2007 and the Ph. D. Electrical Engineer from UVIGO in 2017. Francisco José Calviño Dopazo received the M.S. degree in Telecommunications from “Universidad de Vigo” (UVIGO), Vigo, Spain in 2001, the Master degree in Electromagnetism from “Universidad de Vigo” (UVIGO) in 2009.

X

CUADRICULA E (V/m) H (A/m)

RM 14,4 0,020

RW 29,5 0,090

SH 20,0 0,100

SI 20,7 0,095

SJ 16,0 0,095

SR 19,5 0,090

SS 16,4 0,110

ST 19,0 0,110

TC 10,0 0,050

TN 16,3 0,100

SÁNCHEZ ÁLVAREZ AND CALVIÑO DOPAZO : HUMAN EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC 51


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